DE2724206A1 - PROCESS AND DEVICE FOR BUTT WELDING METAL BARS - Google Patents
PROCESS AND DEVICE FOR BUTT WELDING METAL BARSInfo
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Description
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PatentanmeldungPatent application
Anmelder: ALLIAGES FRITTES S.A. 16 rue de Monceau 75008 Paris, FrankreichApplicant: ALLIAGES FRITTES S.A. 16 rue de Monceau 75008 Paris, France
Titel: Verfahren und Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Stäben aus MetallTitle: Method and device for butt welding of metal rods
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Verfahren und Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Stäben aus MetallMethod and device for butt welding metal rods
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stumpfschweißen von zylindrischen Stäben aus Metall ohne Zufuhr von Zusatzmetall, mit dem sich die Ausbildung eines Schweißwulstes in der Schweißzone und das Vorhandensein einer Durchbiegung zwischen den angestückten Stäben vermeiden lassen. Dieses Verfahren ist insbesondere zum Stumpfschweißen von Stäben aus Hartauftragslegierung bestimmt.The invention relates to a method for butt welding of cylindrical metal rods without the addition of additional metal, with which the formation of a weld bead is possible in the welding zone and avoid the presence of a deflection between the attached bars. This The method is intended in particular for butt welding rods made of hardfacing alloy.
Die Hartauftragsstäbe bestehen aus Legierungen auf Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasis, enthalten im allgemeinen Zusätze von Kohlenstoff oder Bor, haben eine geringe Wärmedehnung und sind somit praktisch nicht schmiedbar.The hard application rods consist of alloys based on iron, nickel or cobalt and generally contain additives of carbon or boron, have a low thermal expansion and are therefore practically not malleable.
Diese zylindrischen Stäbe - von 2 bis 15 mm Durchmesser und gewöhnlich weniger als 1000 mm Länge - werden im allgemeinen durch absatzweises Gießen hergestellt und haben aus diesem Grunde keine gleichbleibende Länge. Die Verwender, insbesondere diejenigen, die über automatische Auftragsmaschinen verfügen, beispielsweise die Hersteller von Ventilen und Klappen, streben Stäbe von größtmöglicher Länge an, so daß die durch die Reststücke bedingten unvermeidlichen Abfälle verringert werden, und möchten durch Anstücken der Stäbe an Ort und Stelle, d.h. direkt auf der Auftragsmaschine, diese Abfälle sogar völlig ausschließen.These cylindrical rods - from 2 to 15 mm in diameter and usually less than 1000 mm in length - are generally used manufactured by batch casting and for this reason do not have a constant length. The users, in particular those who have automatic application machines such as valve manufacturers and Flaps strive for rods of the greatest possible length, so that the inevitable waste caused by the remnants be reduced, and would like to by piecing the bars on the spot, i.e. directly on the application machine, even completely exclude this waste.
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Zudem lassen die Stabbeschickungsvorrichtungen dieser Auftragsmaschinen Schweißwulste nicht zu. Andererseits fordern einige Verwender Stäbe von gleichbleibender Länge, beispielsweise für das Ummanteln von Elektroden durch Extrudieren oder ganz einfach aus Gründen der Verkaufsaufmachung.In addition, the bar feeders of these application machines allow Weld beads not too. On the other hand, some users require rods of constant length, for example for coating electrodes by extrusion or simply for reasons of sales presentation.
Diese beiden Gründe führen dazu, daß Stäbe variabler Länge durch Stumpfschweißen angestückt werden, wobei die auf diese Weise gebildete durchgehende Stange eventuell wieder auf eine bestimmte Länge geschnitten wird.These two reasons lead to the fact that rods of variable length are butt-welded, with the on this A continuous rod formed in this way may be cut to a certain length again.
Die zum Miteinanderverschweißen der Stäbe gewöhnlich angewandten Verfahren, wie z.B. das Widerstandsschweißen oder Abbrennschweißen, das Gasschmelzschweißen oder das Reibschweißen, enthalten alle eine Erwärmungsphase und eine Schmiedephase, während der die beiden vorerhitzten Enden so gegeneinander gepreßt werden, daß die Verschweißung, d.h. die Kontinuität des festen Zustandes, zustande kommt.The methods commonly used to weld the bars together, such as resistance welding or flash welding, gas fusion welding or friction welding, all contain a heating phase and a forging phase, during which the two preheated ends are pressed against each other in such a way that the weld, i.e. the continuity the solid state comes about.
Diese Druckverformung führt immer zum Auftreten eines Wulstes, der bei den Auftragsstäben nicht akzeptiert werden kann. Dieser Wulst ist ausgezackt und weist wegen der schlechten Warmverformbarkeit Risse auf, woraus sich eine unzuverlässige Qualität der Schweißstelle ergibt. Zudem verbieten die Beschickungsvorrichtungen der Auftragsmaschinen und die Extrudierwerkzeuge für das Ummanteln der Elektroden das Vorhandensein dieses Wulstes. Der Wulst muß daher abgeschliffen werden, oder es muß der gesamte Stab auf einer spitzenlosen Rundschleifmaschine nachgearbeitet werden, was zu einer starken Erhöhung der Gestehungskosten und zu einem Materialverlust führt und das Anstücken an Ort und Stelle auf den automatischen Auftragsmaschinen unmöglich macht.This compression deformation always leads to the appearance of a bead that cannot be accepted with the applicator bars. This bead is jagged and has cracks because of the poor thermoformability, which makes it unreliable Quality of the weld. In addition, the loading devices prohibit the application machines and the extrusion tools for coating the electrodes this bead. The bead must therefore be ground off, or the entire rod must be on a centerless one Cylindrical grinding machine can be reworked, which leads to a sharp increase in production costs and to a loss of material and makes piecing on the spot on the automatic application machines impossible.
Im übrigen ergeben die erwähnten verschiedenen Verfahren bei nicht einwandfrei rechtwinkligen Schnittstellen Durchbiegungen oder Knickstellen an den Fügestellen. Da die Schweißenergiequelle im allgemeinen nicht rotationssymmetrischIn addition, the various methods mentioned result in deflections in the case of imperfectly right-angled interfaces or kinks at the joints. Since the welding energy source is generally not rotationally symmetrical
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ist und die Legierung bei der Abkühlung, die mehrere Minuten dauern kann, ein sehr schlechter Wärmeleiter ist - etwa um den Paktor 30 schlechter als Kupfer -, zieht sich die am stärksten erhitzte Seite noch mehr zusammen und ruft am angestückten Abschnitt eine Knickstelle hervor. Nun ist zu diesem Zeitpunkt der Stab nicht mehr zwischen den Spannbacken eingespannt, außer man findet sich mit einer sehr langen Schweißtaktzeit ab, so daß nichts der Verformung entgegenwirkt.and the alloy is a very poor conductor of heat when it cools down, which can take several minutes - around um the Paktor 30 worse than copper - that attracts the am the most heated side together even more and causes a kink on the attached section. Now is closed At this point the rod is no longer clamped between the jaws, unless you find yourself with a very long welding cycle time, so that nothing counteracts the deformation.
Diese Nachteile werden von der Erfindung überwunden, da sie das wulstfreie Miteinanderverschweißen von zylindrischen Stäben gestattet, was die Notwendigkeit eines Nachschleifens beseitigt, und ohne Gefahr von zurückbleibender Knickung an der Schweißstelle. Gleichzeitig läßt sie kurze Schweißtaktzeiten zu und erleichtert sehr die Automatisierung, insbesondere aufgrund des Wegfalls der Schmiedephase. Außerdem wird die Zusammensetzung des Stabes nicht verändert, und die mechanischen Eigenschaften der Schweißzone sind denjenigen des Stabes selbst sehr ähnlich.These disadvantages are overcome by the invention, since it allows the bead-free welding of cylindrical Rods allowed, which eliminates the need for regrinding, and without the risk of kinking left behind at the welding point. At the same time, it allows short welding cycle times and greatly facilitates automation, in particular due to the elimination of the forging phase. In addition, the composition of the rod is not changed, and the mechanical properties of the weld zone are very similar to those of the rod itself.
Das Verfahren nach der Erfindung zum Stumpfschweißen von rotationszylindrischen Stäben aus Metall gleichen Durchmessers ohne Zufuhr von Zusatzmetall mit wulstfreier Schweißzone und ohne Knickung besteht darin, die beiden miteinander zu verschweißenden Enden ohne Auftragen von Kompressionskraft aneinander anzulegen und während des Beaufschlagens mit der zum Schweißen benötigten Energie und wenigstens während eines Teiles der Abkühlung die beiden aneinander anliegenden Stäbe mit einer gleichen relativen Drehbewegung um ihre gemeinsame Drehachse gegenüber der Schweißenergiequelle mit mehr als einer vollen Umdrehung anzutreiben.The method according to the invention for butt welding Rotary cylindrical rods made of metal of the same diameter without the addition of additional metal with a bead-free welding zone and without kinking consists in the two ends to be welded together without applying compressive force to apply to each other and during the application of the energy required for welding and at least during part of the cooling, the two bars resting against one another with an equal relative rotational movement about theirs drive common axis of rotation with respect to the welding energy source with more than one full revolution.
Die zum Schweißen notwendige Energie liefert eine zündbare konzentrierte Quelle, die auf der Höhe der Berührungsebene zwischen den beiden miteinander zu verschweißenden Enden angeordnet ist. Diese Quelle kann ein WIG-Lichtbogen sein,The energy required for welding is supplied by an ignitable concentrated source which is at the level of the contact plane is arranged between the two ends to be welded together. This source can be a TIG arc,
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ein Piaana-Lichtbogen, eine Hochfrequenzschleife, eine Elektronenkanone zum Schweißen durch Elektronenbeschuß, eine Laserkanone oder eine beliebige andere Quelle für konzentrierte Energie, die es gestattet, den Stab bis zum Kern aufzuschmelzen. Bei Hartauftragslegierungen genügt für zylindrische Stäbe von ungefähr 4 nun Durchmesser der WIG-Lichtbogen. Bei Stäben von 8 mm Durchmesser dagegen kann es notwendig sein, auf einen Plasmalichtbogen zurückzugreifen, und bei einem Durchmesser von 12 mm Elektronenbeschuß anzuwenden. a piaana arc, a high frequency loop, an electron gun for welding by electron bombardment, a laser gun, or any other source of concentrated Energy that allows the rod to melt down to the core. For hardfacing alloys is sufficient for cylindrical rods of about 4 now diameter of the TIG arc. For rods with a diameter of 8 mm, however, it may be necessary to use a plasma arc, and to use electron bombardment at a diameter of 12 mm.
Die Relativbewegung der beiden anzustückenden Stäbe gegenüber der Schweißenergiequelle läßt sich dadurch erzielen, daß entweder die Schweißenergiequelle ortsfest gehalten wird und die Stäbe um ihre gemeinsame Drehachse gedreht werden, oder aber daß die Stäbe ortsfest gehalten werden und die Schweißenergiequelle um die Drehachse der Stäbe gedreht wird. Die letztgenannte Lösung ist notwendig beispielsweise beim Anstücken an Ort und Stelle auf automatischen Auftragsmaschinen für das Aufpanzern von Ventilen, Armaturenklappen etc., die eine Eigendrehung des Stabes schwerlich zulassen.The relative movement of the two bars to be attached to the welding energy source can be achieved by that either the welding energy source is held stationary and the rods are rotated about their common axis of rotation, or else that the rods are held stationary and the welding energy source is rotated about the axis of rotation of the rods. The last-mentioned solution is necessary, for example, when fitting on site on automatic application machines for armoring valves and valve flaps etc., which hardly allow the rod to rotate by itself.
Im erstgenannten Fall wird jeder der beiden miteinander zu verschweißenden Stäbe konzentrisch in einer gleichachsig angeordneten drehbaren, mit einer gleichen Drehbewegung angetriebenen Zange gespannt, ohne daß in der Längsrichtung der geringste Druck aufgetragen würde.In the former case, each of the two will become with each other welding rods concentrically in a coaxially arranged rotatable, with an identical rotary movement powered pliers clamped without the slightest pressure being applied in the longitudinal direction.
Die Drehbewegung der drehbaren Zangen kann kontinuierlich sein; das Wesentliche ist, daß für eine gegebene Schweißung oder Schweißstelle die Drehbewegung der beiden miteinander zu verschweißenden Stäbe mehr als eine volle Umdrehung beträgt.The rotary movement of the rotatable tongs can be continuous; the essential thing is that for a given weld or welding point the rotary movement of the two rods to be welded together more than one full turn amounts to.
In dem an zweiter Stelle genannten Fall, wo sich die Schweißenergiequelle um die Stäbe dreht, ist es wegen der Stromzuleitungsdrähte notwendig, daß die Drehung wechselweise inIn the second case, where the welding power source is rotates around the rods, it is necessary because of the power supply wires that the rotation alternately in
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der einen und dann in der anderen Richtung erfolgt, vorausgesetzt, daß bei jeder Schweißung oder Schweißstelle mehr als eine volle Umdrehung ausgeführt wird.in one direction and then in the other, provided that that more than one full revolution is carried out for each weld or weld.
Da in den beiden Fällen Relativbewegung der Stäbe unter der Wärmequelle stattfindet, wird in der erhitzten Zone allmählich ein flüssiger Ring erzeugt, der anwächst, bis er den gesamten Querschnitt der Stäbe überdeckt. Dank der Relativdrehung behält dieser Ring eine kreisrunde Form, fällt nicht ab und nimmt nicht Tropfenform an, da er durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit in Stellung gehalten wird.Since, in both cases, relative movement of the rods takes place under the heat source, it becomes gradual in the heated zone creates a liquid ring that grows until it covers the entire cross-section of the rods. Retains thanks to the relative rotation This ring has a circular shape, does not fall off and does not take on the shape of a drop, as it is caused by surface tension the liquid is held in place.
Sobald die flüssige Phase die Achse erreicht, d.h. am Ende einer entsprechend einem gegebenen Werkstoff im voraus eingestellten Zeitspanne, genügt es dann, die Schweißenergiequelle allmählich auszuschalten und unter Beibehaltung der Drehung während einer bestimmten Zeit erstarren zu lassen.As soon as the liquid phase reaches the axis, i.e. at the end of a preset according to a given material Time, it is then sufficient to gradually turn off the welding power source while maintaining the To freeze rotation for a certain time.
In dem Maße wie die Stäbe gegenüber der Wärmequelle mehr als eine Umdrehung ausführen, wird die Rotationssymmetrie während der gesamten Dauer des Vorganges gewahrt. Zur Erzielung eines ausgezeichneten Ergebnisses genügen im allgemeinen zwei oder drei Umdrehungen. Was die Winkelgeschwindigkeit der relativen Drehbewegung angeht, so muß sie umso höher sein, je besser der zu schweißende Werkstoff leitet.To the extent that the rods make more than one revolution with respect to the heat source, the rotational symmetry becomes during the entire duration of the process is maintained. Two are generally sufficient to obtain an excellent result or three turns. As for the angular velocity of the relative rotational movement, it must be all the higher the better the material to be welded conducts.
Da die Rotationssymmetrie der Schweißzone beibehalten wird, besteht keine Gefahr, daß zwischen den beiden angestückten Abschnitten eine Knickung auftritt, und daher können die Zangen nach wenigen Sekunden geöffnet werden.Since the rotational symmetry of the welding zone is maintained, there is no risk of being stuck between the two Kinking occurs in sections and therefore the pliers can be opened after a few seconds.
Es bildet sich kein Wulst aus. Im Gegenteil, es kann eine leichte Vertiefung auftreten, die dem Leervolumen entspricht, das durch einen etwas schräg ausgeführten eventuellen Schnitt oder durch einen geringfügigen Abstand zwischen den Enden vor dem Schweißvorgang entstanden sein kann.No bead is formed. On the contrary, there may be a slight depression corresponding to the empty volume, This can be done by a slightly inclined cut or by a slight distance between the ends may have arisen before the welding process.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens. Diese Vorrichtung wird im folgenden anhand einer einzigen schematischen Zeichnung erläutert.The invention also relates to a device for performing of the procedure. This device is explained below with reference to a single schematic drawing.
Stäbe 1 und 2 sind an einem ihrer zu ihrer gemeinsamen Drehachse 3 rechtwinkligen Enden aneinander angelegt. In der Mähe der Stäbe 1 und 2 ist in der durch den Berührungsquerschnitt definierten Ebene eine Schweißenergiequelle 4, beispielsweise ein V/IG-Lichtbogen, angeordnet.Rods 1 and 2 are placed against one another at one of their ends at right angles to their common axis of rotation 3. In the Mowing the bars 1 and 2 is a welding energy source 4 in the plane defined by the contact cross-section, for example a V / IG arc, arranged.
Jeder der Stäbe 1 und 2 ist mit einer lediglich radialen Kraft in einer Zange 5 bzw. 6 gespannt. Die beiden miteinander gleichen Zangen 5 und 6 sind zur Drehachse 3 gleichachsig drehbar angeordnet und vermögen die Stäbe 1 und 2 nach Belieben zu spannen oder freizugeben. Die Zangen 5 und 6 sind sowohl im gespannten als auch im gelösten Zustand stand «.y vor einer gleichen gleichmäßigen Drehbewegung um die Drehachse 3 angetrieben. Damit im Falle der Verwendung des WIG-Lichtbogens oder des Plasma-Lichtbogens keine Unterbrechung des elektrischen Stromkreises eintritt, noch daß der Lichtbogen vorzugsweise mehr an der einen zu schweißende Seite als an der anderen entsteht, ist jede der Zangen 5 und 6 mit einem sich drehenden elektrischen Verbinder 7 versehen, der beispielsweise eine Kupferlitze sein kann, so daß die elektrischen Widerstände der Stromrückleitungen ,leder Zange 5 und 6 gleich sind.Each of the rods 1 and 2 is clamped in a pair of pliers 5 and 6 with only a radial force. The two together The same tongs 5 and 6 are arranged rotatably coaxially with respect to the axis of rotation 3 and are capable of rods 1 and 2 to tension or release as desired. The pliers 5 and 6 are both in the clamped and in the released state stood «.y in front of an equal, even turning movement the axis of rotation 3 is driven. So there is no interruption when using the TIG arc or the plasma arc of the electrical circuit occurs, nor that the arc preferably more at the one to be welded Side than the other, each of the tongs 5 and 6 is provided with a rotating electrical connector 7 provided, which can for example be a copper braid, so that the electrical resistances of the power return lines , leather pliers 5 and 6 are the same.
Der Schweißvorgang verläuft in der folgenden Weise: Es sei angenommen, daß in einem voraufgegangenen Arbeitsgang an den Stab 1 ein Stab 0 bereits angestückt worden ist. Bei geöffneten Zangen 5 und 6 wird der Stab 1 in Längsrichtung entlang der Drehachse 3 so weit geschoben, bis sich sein nicht geschweißtes iinde vor der Schweißenergiequelle 4 befindet. Sodann wird die Zange 6 geschlossen, und mit einer weiteren Schiebebewegung in Längsrichtung wird ein Stab 2 zur Anlage am i^nde des Stabes 1 gebracht, der durch die Zange 6 gegen Längsbewegung festgehalten ist. Sodann wirdThe welding process proceeds in the following way: It is assumed that in a previous operation on Rod 1 has already been attached to rod 0. When the pliers 5 and 6 are open, the rod 1 becomes longitudinal pushed along the axis of rotation 3 until its non-welded iinde is in front of the welding energy source 4. The tongs 6 are then closed, and with a further sliding movement in the longitudinal direction, a rod 2 becomes brought to the plant at the i ^ nde of the rod 1, which is by the Pliers 6 is held against longitudinal movement. Then will
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die Zange 5 geschlossen, und die Anstückungsebene wird vor die Schweißenergiequelle 4 gebracht, wobei sich die beiden Stäbe 1 und 2 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit und in der gleichen Richtung drehen. Sodann wird der Lichtbogen während der Zeit gezogen, die notwendig ist, damit die aufgeschmolzene Zone die Achse erreicht. Danach wird der Lichtbogen allmählich abgeschaltet, und nachdem das Ganze einige Umdrehungen ausgeführt hat, werden die Zangen 5 und 6 geöffnet, und die auf diese V/eise miteinander verschweißten Stäbe 1 und 2 werden für die nächste Gchweißung am nicht verschweißten Ende des Stabes 2 weitergeschoben. Das Vorschieben der Stäbe, das Zünden und Löschen des Lichtbogens lassen sich über ein entsprechendes Steuerungssystem leicht automatisieren.the pliers 5 closed, and the attachment plane is brought in front of the welding energy source 4, the two Rotate rods 1 and 2 at the same angular speed and in the same direction. Then the arc drawn during the time necessary for the melted zone to reach the axis. After that the arc gradually switched off, and after the whole thing has performed a few turns, the tongs 5 and 6 are opened, and the rods 1 and 2 welded to one another in this way will not be used for the next weld welded end of the rod 2 pushed on. Advancing the rods, igniting and extinguishing the arc can be easily automated using an appropriate control system.
Das Verfahren nach der Erfindung wird mit den beiden nachstehenden Beispielen weiter erläutert, die, ohne einschränken den Charakter zu haben, spezielle Anwendungsfälle beschreiben.The method of the invention is carried out with the following two Examples further explained, which, without restricting the character, describe special applications.
Es wurden zylindrische Stäbe von 4 mm Durchmesser und der folgenden Zusammensetzung (Angaben in Gew.-/j): C = 1, VV = Cr = 26, Si = 1, Co = 67,5 unter den folgenden Bedingungen angestückt:There were cylindrical rods of 4 mm in diameter and the following composition (data in wt .- / y): C = 1, VV = Cr = 26, Si = 1, Co = 67.5 added under the following conditions:
Drehgeschwindigkeit der Stäbe 150 UpMSpeed of rotation of the bars 150 rpm
Energiequelle WIG-Lichtbogen - 30 V - 50 AEnergy source TIG arc - 30 V - 50 A
Haltezeit für den Lichtbogen 3 sHold time for the arc 3 s
mit raschem Intensitätsanstieg ( <λ s) und allmählichem Abfallen in 2 s.with a rapid increase in intensity ( <λ s) and a gradual decrease in 2 s.
Die Anstückungsvorrichtung wurde im automatischen Betrieb gefahren, mit einer effektiven Leistung von 5 Schweißungen pro Minute, einschließlich Abkühlungs- und Lbergabezeit.The attachment device was operated in automatic mode, with an effective performance of 5 welds per minute, including cooling and delivery time.
Die erzielten Stäbe waren knickungs- und wulstfrei.The bars obtained were free of kinks and beads.
7ÜÜ849/ 11387ÜÜ849 / 1138
Z- 49 Z- 49
Es wurden zylindrische Stäbe von ö mm Durchmesser und der folgenden Zusammensetzung (Angaben in Gew.-/«): C = 2,5, V/ = 13, Cr = 33, Si = 1, Co = 50,5 unter den folgenden Bedingungen angestückt:There were cylindrical rods with a diameter of mm and the following composition (data in wt .- / «): C = 2.5, V / = 13, Cr = 33, Si = 1, Co = 50.5 under the following conditions attached:
Vorabstand 0,3 mmDistance in front of 0.3 mm
Drehgeschwindigkeit 300 UpMRotation speed 300 rpm
Energiequelle Plasma-Lichtbogen - 30 V - 12S λEnergy source plasma arc - 30 V - 12S λ
Haltezeit für den Lichtbogen 6 sHolding time for the arc 6 s
mit fast augenblicklichem Intensitätsanstieg, einer Haltezeit von 3 s bei 125 A und von 3 s bei 40 A.with an almost instantaneous increase in intensity, a hold time of 3 s at 125 A and 3 s at 40 A.
Die erzielten Stäbe waren gerade und wulstfrei. Bei einem Biegebruchversuch mit zwei einfachen Auflagen trat der Bruch außerhalb der Schweißebene ein.The bars obtained were straight and bead-free. In a bending rupture test with two simple conditions, the Break outside the welding line.
709849M138709849M138
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